L'edificio in stile romanico predomina il centro storico di Castignano diventando, insieme all'imponente muro di contenimento che cinge l'incasato, una delle caratteristiche architettoniche del paese.
La sobria facciata in cotto è divisa da due piccole lesene che sottolineano il rosone (costituito da dodici colonnine lavorate che convergono su un volto, probabilmente il Creatore, centro dell'universo dell'epoca) e l'originale portale in terracotta composto da tre archi sovrapposti ed adorno di formelle decorate: si notano la figura del gallo (simbolo del mondo pagano consacrato a Marte, poi convertito alla simbologia Cristiana come vessillo della Resurrezione) impiegato per contrastare e scongiurare le forze oscure, e un altro simbolo dall'iconografia alquanto inusuale, una fiera quadrupede con artigli.
Entrando nell'edificio si nota subito il suggestivo affresco del Giudizio Universale: opera attribuita al Maestro di Loreto Aprutino, secondo nuove versioni può essere datato tra il 1426-30.
Per estrapolarne il vero significato dobbiamo fare riferimento al suo scopo didattico di catechesi illustrata per analfabeti: il percorso dell'anima dal destarsi dalla morte fino alla salvezza eterna, passando per il giudizio divino. Le anime finite all'inferno subiscono le pene secondo i dettami del contrappasso, in voga all'epoca, mostrando spaccati di vita quotidiana tardo medievale.
L'opera è completata da un Cristo giudice attorniato dagli angeli, dalla Vergine Maria e dai Santi.
La chiesa è composta da due navate e si possono osservare anche altri affreschi della scuola dei fratelli Salimbeni e di Fra Marino Angeli, che coprono un periodo che va dal XIV al XV secolo.
Più antiche le opere di Andreuccio da Montottone, artista locale del tardo Trecento e nella torre Campanaria, una Madonna con Bambino, di Paolo da Visso o della sua scuola. Vi è anche conservato un Pulpito ligneo di ottima fattura del XVII secolo e i resti del un coro ligneo, di stile gotico, attribuito ad Apollonio di Ripatransone.
L'altare maggiore è dedicato ai Santi Pietro e Paolo e accoglie una tela di Martino Bonfini datata 1602 raffigurante i santi titolari sullo sfondo di Castignano.
Infine rimarchiamo la presenza del reliquiario-ostensorio della Santa Croce, opera d'oreficeria finemente lavorata di età tardo gotica (1488), del famoso orafo Pietro Vannini: essa custodisce le reliquie della Santa Croce e della colonna della flagellazione, donate da Papa Niccolò IV nel 1289, certificate dal suo sigillo personale.